JP2010104168A - Power unit and power system for fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce cost required for configuration and reduce the size. <P>SOLUTION: A power unit 10 includes: first to third lines L1, L2 and L3, which are different in potential; a battery circuit 10a, in which a fuel cell stack 11 and a battery 12 are connected in series; and the first DC-DC converter 13. Both ends of the battery circuit 10a are connected to the first line L1 and the third line L3, and a connection point between the fuel cell stack 11 and the battery 12 is connected to the second line L2, and the primary side of the first DC-DC converter 13 is connected to the second line L2 and the third line L3, while the secondary side is connected to the first line L1 and the third line L3. The switching duty of the first DC-DC converter 13 is feedback-controlled so that an actual power distribution to the fuel cell stack 11 and the battery 12 matches the target power distribution when driving a drive motor inverter 15 which is connected to the first line L1 and the third line L3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、電源装置および燃料電池車両の電源システムに関する。   The present invention relates to a power supply device and a power supply system for a fuel cell vehicle.

従来、例えば燃料電池に接続された第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、蓄電装置に接続された第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを備え、２つの第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータから車両駆動用電動機などの負荷に電力を供給する電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３１８９３８号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a first DC-DC converter connected to a fuel cell and a second DC-DC converter connected to a power storage device are provided, and a load such as a vehicle driving motor is provided from the two first and second DC-DC converters. A power supply system that supplies power is known (see, for example, Patent Document 1).
JP 2007-318938 A

ところで、上記従来技術に係る電源システムにおいては、複数の電源（つまり、燃料電池および蓄電装置）毎にＤＣ−ＤＣコンバータを備えることに起因して、電源システムの構成に要する費用が嵩むとともに、電源システムのサイズが増大してしまうという問題が生じることから、費用の削減およびサイズの小型化が望まれている。   By the way, in the power supply system according to the above prior art, the cost required for the configuration of the power supply system increases due to the provision of the DC-DC converter for each of the plurality of power supplies (that is, the fuel cell and the power storage device). Due to the problem of increasing the size of the system, cost reduction and size reduction are desired.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化することが可能な電源装置および燃料電池車両の電源システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus and a power supply system for a fuel cell vehicle that can reduce the cost required for the configuration and reduce the size.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る電源装置（例えば、実施の形態での電源装置１０）は、電位の異なる第１ライン（例えば、実施の形態での第１ラインＬ１）および第２ライン（例えば、実施の形態での第２ラインＬ２）および第３ライン（例えば、実施の形態での第３ラインＬ３）と、燃料電池スタック（例えば、実施の形態での燃料電池スタック１１）と蓄電装置（例えば、実施の形態でのバッテリ１２）とが直列に接続されてなる電池回路（例えば、実施の形態での電池回路１０ａ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態での第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３）とを備え、前記電池回路の両端は前記第１ラインと前記第３ラインとに接続され、前記電池回路の前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との接続点は前記第２ラインに接続され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの１次側は前記第２ラインと前記第３ラインとに接続され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの２次側は前記第１ラインと前記第３ラインとに接続され、前記第１ラインおよび前記第３ラインから負荷に電力を供給しており、前記負荷の消費電力を取得する消費電力取得手段（例えば、実施の形態での消費電力算出部６１）と、前記消費電力に基づいて前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との目標電力配分を設定する目標電力配分設定手段（例えば、実施の形態での目標電力配分設定部６２）と、前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との実電力配分が前記目標電力配分に一致するようにして前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングデューティーを制御するデューティー制御手段（例えば、実施の形態でのデューティー制御部６４）とを備える。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the power supply apparatus according to the first aspect of the present invention (for example, the power supply apparatus 10 in the embodiment) has a first line having a different potential (for example, the embodiment). The first line L1) and the second line (eg, the second line L2 in the embodiment) and the third line (eg, the third line L3 in the embodiment) and the fuel cell stack (eg, the implementation) A battery circuit (for example, the battery circuit 10a in the embodiment) in which the fuel cell stack 11) and the power storage device (for example, the battery 12 in the embodiment) are connected in series, and a DC-DC Converter (for example, the first DC-DC converter 13 in the embodiment), both ends of the battery circuit are connected to the first line and the third line, and the fuel cell stack of the battery circuit and the front The connection point with the power storage device is connected to the second line, the primary side of the DC-DC converter is connected to the second line and the third line, and the secondary side of the DC-DC converter is the above-mentioned A power consumption acquisition means (for example, an embodiment) connected to the first line and the third line, supplying power to the load from the first line and the third line, and acquiring the power consumption of the load Power consumption calculation unit 61) and target power distribution setting means for setting target power distribution between the fuel cell stack and the power storage device based on the power consumption (for example, target power distribution setting unit in the embodiment) 62) and a duty cycle for controlling the switching duty of the DC-DC converter so that the actual power distribution between the fuel cell stack and the power storage device matches the target power distribution. Comprising I-controlled unit (e.g., a duty control unit 64 in the embodiment) and a.

さらに、本発明の第２態様に係る電源装置では、前記消費電力取得手段は、前記電源装置の外部の負荷（例えば、実施の形態での駆動モータ２２および空調機器２４および車両用補機など）の外部負荷消費電力と前記電源装置の内部の負荷（例えば、実施の形態でのエアポンプインバータ１４など）の内部負荷消費電力とを含む前記消費電力を取得する。   Furthermore, in the power supply device according to the second aspect of the present invention, the power consumption acquisition means is a load external to the power supply device (for example, the drive motor 22, the air conditioner 24, and the vehicle auxiliary machine in the embodiment). The external power consumption of the power supply device and the internal load power consumption of the internal load of the power supply device (for example, the air pump inverter 14 in the embodiment) are acquired.

さらに、本発明の第３態様に係る電源装置は、前記目標電力配分に基づき前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の目標電流を設定する目標電流設定手段（例えば、実施の形態での目標電流設定部６３）を備え、前記デューティー制御手段は、前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の実電流が前記目標電流に一致するようにして前記スイッチングデューティーをフィードバック制御する。   Furthermore, the power supply device according to the third aspect of the present invention includes target current setting means (for example, a target current setting unit in the embodiment) that sets a target current of the fuel cell stack or the power storage device based on the target power distribution. 63), and the duty control means feedback-controls the switching duty so that an actual current of the fuel cell stack or the power storage device matches the target current.

さらに、本発明の第４態様に係る電源装置は、前記目標電力配分に基づき前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の目標電圧を設定する目標電圧設定手段を備え、前記デューティー制御手段は、前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の実電圧が前記目標電圧に一致するようにして前記スイッチングデューティーをフィードバック制御する。   Furthermore, a power supply device according to a fourth aspect of the present invention includes target voltage setting means for setting a target voltage of the fuel cell stack or the power storage device based on the target power distribution, and the duty control means includes the fuel cell. The switching duty is feedback controlled so that the actual voltage of the stack or the power storage device matches the target voltage.

さらに、本発明の第５態様に係る電源装置では、前記目標電力配分設定手段は前記目標電力配分として前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との目標出力比を設定しており、前記デューティー制御手段は、前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との実出力比が前記目標出力比に一致するようにして前記スイッチングデューティーをフィードバック制御する。   Furthermore, in the power supply device according to the fifth aspect of the present invention, the target power distribution setting means sets a target output ratio between the fuel cell stack and the power storage device as the target power distribution, and the duty control means The switching duty is feedback controlled so that the actual output ratio between the fuel cell stack and the power storage device matches the target output ratio.

また、本発明の第６態様に係る燃料電池車両の電源システム（例えば、実施の形態での燃料電池車両の電源システム２０）は、上記第１態様から第５態様の何れか１つの電源装置（例えば、実施の形態での電源装置１０）と、前記電源装置から電力が供給される車両駆動用電動機（例えば、実施の形態での駆動モータ２２）とを備える。   Moreover, the power supply system of the fuel cell vehicle according to the sixth aspect of the present invention (for example, the power supply system 20 of the fuel cell vehicle according to the embodiment) is the power supply device according to any one of the first to fifth aspects. For example, a power supply device 10) in the embodiment and a vehicle drive motor (for example, the drive motor 22 in the embodiment) to which power is supplied from the power supply device are provided.

本発明の電源装置によれば、燃料電池スタックと蓄電装置とが直列に接続されてなる電池回路に対して単一のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、負荷の消費電力に対する燃料電池スタックと蓄電装置との実電力配分が目標電力配分に一致するようにしてＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングデューティーを制御することによって、燃料電池スタックと蓄電装置との電力の応じた複数の動作モードを任意に切り換えることができ、例えば燃料電池スタックと蓄電装置毎に個別にＤＣ−ＤＣコンバータを備える場合に比べて、構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化しつつ、適切な電力供給制御をおこなうことができる。   According to the power supply device of the present invention, a single DC-DC converter is provided for a battery circuit in which a fuel cell stack and a power storage device are connected in series, and the fuel cell stack and the power storage device for power consumption of a load are provided. By controlling the switching duty of the DC-DC converter so that the actual power distribution matches the target power distribution, a plurality of operation modes corresponding to the power of the fuel cell stack and the power storage device can be arbitrarily switched. For example, as compared with a case where a DC-DC converter is individually provided for each fuel cell stack and power storage device, appropriate power supply control can be performed while reducing the cost required for the configuration and reducing the size.

本発明の燃料電池車両の電源システムによれば、単一の第１ＤＣ−ＤＣコンバータのみを備えることで電源装置の構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化することができることに加えて、燃料電池スタックと蓄電装置とが直列に接続されることから、例えば燃料電池スタックと蓄電装置とが並列に接続される場合に比べて、車両駆動用電動機の駆動回路の動作電圧を増大させ、かつ、電流を低下させることができ、車両駆動用電動機および駆動回路のサイズを小型化することができると共に運転効率を向上させることができ、燃料電池車両の電源システムの構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化しつつ、適切な電力供給制御をおこなうことができる。
また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータの異常時（例えば、開放故障時など）であっても、電池回路から車両駆動用電動機の駆動回路に電源を供給することができ、燃料電池車両を走行させることができる。 According to the power supply system of the fuel cell vehicle of the present invention, it is possible to reduce the cost and the size of the power supply apparatus by providing only a single first DC-DC converter, Since the battery stack and the power storage device are connected in series, for example, compared with the case where the fuel cell stack and the power storage device are connected in parallel, the operating voltage of the drive circuit of the vehicle driving motor is increased, and The current can be reduced, the size of the motor for driving the vehicle and the drive circuit can be reduced, the driving efficiency can be improved, and the cost required for the configuration of the power system of the fuel cell vehicle can be reduced and the size can be reduced. Thus, appropriate power supply control can be performed while downsizing.
In addition, even when the first DC-DC converter is abnormal (for example, when an open failure occurs), power can be supplied from the battery circuit to the drive circuit of the vehicle drive motor, and the fuel cell vehicle can be run. it can.

以下、本発明の実施形態に係る電源装置および燃料電池車両の電源システムについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による電源装置１０は、例えば図１〜図３に示すように、燃料電池スタック（ＦＣ）１１と、バッテリ１２と、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３と、エアポンプインバータ１４と、制御装置２５とを備えて構成されている。そして、電源装置１０は、例えば駆動モータインバータ１５に接続されている。 Hereinafter, a power supply device and a power supply system for a fuel cell vehicle according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, for example, the power supply device 10 according to the present embodiment includes a fuel cell stack (FC) 11, a battery 12, a first DC-DC converter 13, an air pump inverter 14, and a control device 25. And is configured. And the power supply device 10 is connected to the drive motor inverter 15, for example.

電源装置１０は、例えば燃料電池車両の電源システム２０に具備され、この燃料電池車両の電源システム２０は、例えば図２および図３に示すように、電源装置１０と、エアポンプ（ＡＰ）２１と、駆動モータ２２と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３と、空調機器２４と、地絡センサ２６と、出力電流センサ２７と、相電流センサ２８と、角度センサ２９とを備えて構成されている。   The power supply device 10 is provided, for example, in a power supply system 20 of a fuel cell vehicle. The power supply system 20 of the fuel cell vehicle includes, for example, as shown in FIGS. 2 and 3, a power supply device 10, an air pump (AP) 21, The drive motor 22, the second DC-DC converter 23, the air conditioner 24, the ground fault sensor 26, the output current sensor 27, the phase current sensor 28, and the angle sensor 29 are configured.

燃料電池スタック１１は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。   The fuel cell stack 11 includes a solid polymer electrolyte membrane composed of a cation exchange membrane or the like, with a fuel electrode (anode) composed of an anode catalyst and a gas diffusion layer, and an oxygen electrode (cathode) composed of a cathode catalyst and a gas diffusion layer. The electrolyte electrode structure is sandwiched between a plurality of fuel battery cells that are sandwiched between a pair of separators. The fuel cell stack is sandwiched between a pair of end plates from both sides in the stacking direction. ing.

燃料電池スタック１１のカソードには酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアポンプ２１から供給され、アノードには水素を含む燃料ガス（反応ガス）が、例えば高圧の水素タンク（図示略）から供給されている。
そして、アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このときカソードにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。 Air, which is an oxidant gas (reactive gas) containing oxygen, is supplied from the air pump 21 to the cathode of the fuel cell stack 11, and a fuel gas (reactive gas) containing hydrogen is supplied to the anode, for example, a high-pressure hydrogen tank (not shown). ).
Then, hydrogen ionized by the catalytic reaction on the anode catalyst of the anode moves to the cathode through the moderately humidified solid polymer electrolyte membrane, and electrons generated by this movement are taken out to an external circuit. It is used as direct current electric energy. At this time, at the cathode, hydrogen ions, electrons and oxygen react to produce water.

なお、エアポンプ２１は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池スタック１１のカソードに供給する。このエアポンプ２１を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御装置２５から出力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータなどからなるエアポンプインバータ１４により制御されている。   The air pump 21 takes in air from the outside of the vehicle, for example, compresses it, and supplies this air as a reaction gas to the cathode of the fuel cell stack 11. The rotational speed of a motor (not shown) for driving the air pump 21 is controlled by an air pump inverter 14 including, for example, a PWM inverter by pulse width modulation (PWM) based on a control command output from the control device 25.

なお、電源装置１０ではバッテリ１２の代わりに蓄電装置として、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサなどからなるキャパシタを備えてもよい。   Note that the power supply device 10 may include a capacitor made of, for example, an electric double layer capacitor or an electrolytic capacitor as a power storage device instead of the battery 12.

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えばチョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータであって、図３に示すように、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）がブリッジ接続されてなる３相のブリッジ回路３１と、３相のチョークコイル３２と、平滑コンデンサ３３とを備えて構成されている。
なお、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を簡略化して示す図１および図２においては、３相のうち１相分のみのスイッチング素子とチョークコイル３２のみを図示している。 The first DC-DC converter 13 is, for example, a chopper type DC-DC converter, and has a three-phase structure in which a plurality of switching elements (for example, IGBT: Insulated Gate Bipolar Mode Transistor) are bridge-connected as shown in FIG. The bridge circuit 31, the three-phase choke coil 32, and the smoothing capacitor 33 are provided.
In FIG. 1 and FIG. 2 showing the first DC-DC converter 13 in a simplified manner, only the switching element and choke coil 32 for only one phase among the three phases are shown.

ブリッジ回路３１は、後述する３相の駆動モータインバータ１５を構成する３相のブリッジ回路５１と同等であって、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側第１トランジスタＡＨ，ＡＬと、ハイ側およびロー側第２トランジスタＢＨ，ＢＬと、ハイ側およびロー側第３トランジスタＣＨ，ＣＬとがブリッジ接続されている。そして、各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨはコレクタが２次側正極端子Ｐ２に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬはエミッタが２次側負極端子Ｎ２に接続されてローサイドアームを構成している。そして、各相毎に、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨのエミッタはローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬのコレクタに接続され、各トランジスタＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，ＢＬ，ＣＨ，ＣＬのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤＡＨ，ＤＡＬ，ＤＢＨ，ＤＢＬ，ＤＣＨ，ＤＣＬが接続されている。   The bridge circuit 31 is equivalent to a three-phase bridge circuit 51 that constitutes a three-phase drive motor inverter 15 described later. For example, the high-side and low-side first transistors AH and AL that form a pair for each phase, The high-side and low-side second transistors BH, BL and the high-side and low-side third transistors CH, CL are bridge-connected. Each transistor AH, BH, CH has a collector connected to the secondary side positive terminal P2 to form a high side arm, and each transistor AL, BL, CL has an emitter connected to the secondary side negative terminal N2 and has a low side. It constitutes an arm. For each phase, the emitters of the transistors AH, BH, and CH of the high-side arm are connected to the collectors of the transistors AL, BL, and CL of the low-side arm, and the transistors AH, AL, BH, BL, CH, and CL are connected. The diodes DAH, DAL, DBH, DBL, DCH, and DCL are connected between the collector and the emitter so as to be in the forward direction from the emitter to the collector.

そして、このブリッジ回路３１は、制御装置２５から出力されて各トランジスタのゲートに入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号（ＰＷＭ信号）によって駆動され、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオンかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオフとなる状態と、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオフかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオンとなる状態とが、交互に切り替えられる。   The bridge circuit 31 is driven by a pulse width modulated (PWM) signal (PWM signal) output from the control device 25 and input to the gate of each transistor, and each of the transistors AH, BH, The state where CH is on and the transistors AL, BL, CL of the low side arm are off, and the state where the transistors AH, BH, CH of the high side arm are off and the transistors AL, BL, CL of the low side arm are on And are switched alternately.

平滑コンデンサ３３は、２次側正極端子Ｐ２および２次側負極端子Ｎ２に接続されている。
３相のチョークコイル３２は、各チョークコイル３２の一端がブリッジ回路３１の各相毎のコレクタ−エミッタ間、つまり各トランジスタＡＨ，ＡＬのコレクタ−エミッタ間および各トランジスタＢＨ，ＢＬのコレクタ−エミッタ間および各トランジスタＣＨ，ＣＬのコレクタ−エミッタ間のそれぞれに接続され、各チョークコイル３２の他端は互いに１次側正極端子Ｐ１に接続されている。 The smoothing capacitor 33 is connected to the secondary side positive terminal P2 and the secondary side negative terminal N2.
In the three-phase choke coil 32, one end of each choke coil 32 is between the collector and emitter for each phase of the bridge circuit 31, that is, between the collector and emitter of each transistor AH and AL and between the collector and emitter of each transistor BH and BL. The other ends of the respective choke coils 32 are connected to the primary positive terminal P1.

３相のチョークコイル３２は、例えば図４に示すように、単一の矩形のコア４１にコモンモード巻きで巻回され、通電時に各チョークコイル３２から発生する磁束の方向が同方向となるように設定されている。
そして、３相のうち何れか１相のチョークコイル３２は、矩形のコア４１をなす２対の対辺のうち一方の１対の対辺４１ａに分散して巻回され、３相のうち他の２相のチョークコイル３２は、矩形のコア４１をなす２対の対辺のうち他方の１対の対辺４１ｂにぞれぞれ集中して巻回されている。
なお、３相の各チョークコイル３２は、例えば図５に示すように、矩形のコア４１をなす４辺のうち何れか３辺にぞれぞれ集中して巻回されてもよいし、他の巻線構造であってもよい。 For example, as shown in FIG. 4, the three-phase choke coil 32 is wound around a single rectangular core 41 by common mode winding so that the direction of magnetic flux generated from each choke coil 32 when energized is the same direction. Is set to
One of the three phases of the choke coil 32 is distributed and wound around one pair of opposite sides 41a of the two pairs of opposite sides forming the rectangular core 41, and the other two of the three phases. The phase choke coil 32 is concentratedly wound around the other pair of opposite sides 41 b of the two pairs of opposite sides forming the rectangular core 41.
For example, as shown in FIG. 5, each of the three-phase choke coils 32 may be wound in a concentrated manner on any three sides of the four sides forming the rectangular core 41. The winding structure may be used.

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば図３に示すように、電位の異なる３つの各ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３（例えば、Ｌ１の電位＞Ｌ２の電位＞Ｌ３の電位）に対して、１次側が第２ラインＬ２と第３ラインＬ３とに接続され、２次側が第１ラインＬ１と第３ラインＬ３とに接続されている。つまり、第１ラインＬ１は２次側正極端子Ｐ２に接続され、第２ラインＬ２は１次側正極端子Ｐ１に接続され、第３ラインＬ３は１次側負極端子Ｎ１および２次側負極端子Ｎ２に接続されている。   For example, as shown in FIG. 3, the first DC-DC converter 13 has a primary side with respect to three lines L1, L2, and L3 having different potentials (for example, potential of L1> potential of L2> potential of L3). The second side L2 and the third line L3 are connected, and the secondary side is connected to the first line L1 and the third line L3. That is, the first line L1 is connected to the secondary positive terminal P2, the second line L2 is connected to the primary positive terminal P1, and the third line L3 is the primary negative terminal N1 and the secondary negative terminal N2. It is connected to the.

この第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば駆動モータ２２の駆動時などにおける１次側から２次側への昇圧動作時には、先ず、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオフかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオンとされ、１次側から入力される電流によってチョークコイル３２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。
そして、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオンかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオフとされ、チョークコイル３２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてチョークコイル３２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生し、チョークコイル３２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧が１次側の入力電圧に上積みされて１次側の入力電圧よりも高い昇圧電圧が２次側に印加される。この切換動作に伴って発生する電圧変動は平滑コンデンサ３３により平滑化され、昇圧電圧が２次側から出力される。 In the first DC-DC converter 13, for example, during the boosting operation from the primary side to the secondary side during driving of the drive motor 22, first, the transistors AH, BH, CH of the high side arm are turned off and the low side arm is turned off. The transistors AL, BL, and CL are turned on, and the choke coil 32 is DC-excited by the current input from the primary side to accumulate magnetic energy.
Then, the transistors AH, BH, and CH of the high-side arm are turned on and the transistors AL, BL, and CL of the low-side arm are turned off to prevent a change in magnetic flux caused by blocking the current flowing through the choke coil 32. In this way, an electromotive voltage (inductive voltage) is generated between both ends of the choke coil 32, and the induced voltage due to the magnetic energy accumulated in the choke coil 32 is added to the primary side input voltage so that the primary side input voltage is greater than the primary side input voltage. Higher boosted voltage is applied to the secondary side. The voltage fluctuation generated by this switching operation is smoothed by the smoothing capacitor 33, and the boosted voltage is output from the secondary side.

一方、例えば駆動モータ２２の回生時などにおける２次側から１次側への回生動作時には、先ず、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオフかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオンとされ、２次側から入力される電流によってチョークコイル３２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。
そして、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオンかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオフとされ、チョークコイル３２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてチョークコイル３２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。このチョークコイル３２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨのオン／オフの比率に応じて２次側の入力電圧が降圧された降圧電圧となり、降圧電圧が１次側に印加される。 On the other hand, at the time of regeneration operation from the secondary side to the primary side, for example, when the drive motor 22 is regenerating, first, the transistors AH, BH, CH of the high side arm are turned off and the transistors AL, BL, CL of the low side arm are first turned off. Is turned on, and the choke coil 32 is DC-excited by the current input from the secondary side to accumulate magnetic energy.
Then, the transistors AH, BH, and CH of the high-side arm are turned on and the transistors AL, BL, and CL of the low-side arm are turned off to prevent a change in magnetic flux caused by blocking the current flowing through the choke coil 32. Thus, an electromotive voltage (inductive voltage) is generated between both ends of the choke coil 32. The induced voltage generated by the magnetic energy accumulated in the choke coil 32 becomes a step-down voltage obtained by stepping down the input voltage on the secondary side according to the ON / OFF ratio of the transistors AH, BH, and CH of the high side arm. A voltage is applied to the primary side.

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、制御装置２５から出力されて各トランジスタのゲートに入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号（ＰＷＭ信号）によって駆動され、例えばＰＷＭ信号の１周期におけるハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨのオンの比率として定義されるスイッチングデューティーに応じて、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨとローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬとのオン／オフを切り換える。
なお、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨと、ローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬとは、オン／オフの切り換え時に、同時にオンとなることが禁止され、同時にオフとなる適宜のデッドタイムが設けられている。 The first DC-DC converter 13 is driven by a pulse width modulated (PWM) signal (PWM signal) output from the control device 25 and input to the gate of each transistor. For example, the high side arm in one cycle of the PWM signal The transistors AH, BH, CH of the high side arm and the transistors AL, BL, CL of the low side arm are turned on / off according to the switching duty defined as the ON ratio of the transistors AH, BH, CH. Switch.
It should be noted that the transistors AH, BH, and CH of the high side arm and the transistors AL, BL, and CL of the low side arm are prohibited from being turned on at the same time when being turned on / off, and appropriately turned off at the same time. Dead time is provided.

そして、燃料電池スタック１１は正極側および負極側に配置されたコンタクタ１１ａとコンデンサ１１ｂとを介して第２ラインＬ２と第３ラインＬ３とに接続され、バッテリ１２は正極側および負極側に配置されたコンタクタ１２ａおよび正極側に配置された電流制限回路１２ｂを介して第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続されている。これにより、第１ラインＬ１と第３ラインＬ３との間で燃料電池スタック１１とバッテリ１２とは直列に接続されて電池回路１０ａを形成している。
そして、第１ラインＬ１および第３ラインＬ３から負荷（例えば、駆動モータ２２など）に電力が出力されるようにして第１ラインＬ１と第３ラインＬ３とは駆動モータインバータ１５に接続されている。 The fuel cell stack 11 is connected to the second line L2 and the third line L3 via the contactor 11a and the capacitor 11b arranged on the positive electrode side and the negative electrode side, and the battery 12 is arranged on the positive electrode side and the negative electrode side. The contactor 12a is connected to the first line L1 and the second line L2 via the current limiting circuit 12b arranged on the positive electrode side. Thus, the fuel cell stack 11 and the battery 12 are connected in series between the first line L1 and the third line L3 to form a battery circuit 10a.
The first line L1 and the third line L3 are connected to the drive motor inverter 15 so that electric power is output from the first line L1 and the third line L3 to a load (for example, the drive motor 22). .

そして、エアポンプ２１の駆動回路であるエアポンプインバータ１４は第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続されている。   And the air pump inverter 14 which is a drive circuit of the air pump 21 is connected to the 1st line L1 and the 2nd line L2.

３相の駆動モータ２２の駆動回路をなす駆動モータインバータ１５は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータであって、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar mode Transistor）がブリッジ接続されてなる３相のブリッジ回路５１を備えて構成されている。   The drive motor inverter 15 forming the drive circuit of the three-phase drive motor 22 is, for example, a PWM inverter by pulse width modulation (PWM), and a plurality of switching elements (for example, IGBT: Insulated Gate Bipolar mode Transistor) are bridge-connected. The three-phase bridge circuit 51 is configured.

ブリッジ回路５１は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を構成する３相のブリッジ回路３１と同等であって、例えば各相毎に対をなすハイ側およびロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、ハイ側およびロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、ハイ側およびロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬとがブリッジ接続されている。そして、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはコレクタが第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の２次側正極端子Ｐ２に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはエミッタが第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の２次側負極端子Ｎ２に接続されてローサイドアームを構成している。そして、各相毎に、ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタはローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタに接続され、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが接続されている。   The bridge circuit 51 is equivalent to the three-phase bridge circuit 31 that constitutes the first DC-DC converter 13, and includes, for example, a high-side and low-side U-phase transistor UH, UL that forms a pair for each phase, Low-side V-phase transistors VH and VL and high-side and low-side W-phase transistors WH and WL are bridge-connected. The collectors of the transistors UH, VH, and WH are connected to the secondary side positive terminal P2 of the first DC-DC converter 13 to form a high side arm, and the emitters of the transistors UL, VL, and WL are the first DC-DC. A low side arm is configured by being connected to the secondary negative terminal N2 of the converter 13. For each phase, the emitters of the transistors UH, VH, WH of the high side arm are connected to the collectors of the transistors UL, VL, WL of the low side arm, and the transistors UH, UL, VH, VL, WH, WL. The diodes DUH, DUL, DVH, DVL, DWH, and DWL are connected between the collectors and the emitters so as to be forward from the emitter to the collector.

この駆動モータインバータ１５は、制御装置２５から出力されてブリッジ回路５１の各トランジスタのゲートに入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号（ＰＷＭ信号）によって駆動され、例えば駆動モータ２２の駆動時には、各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、電源装置１０から出力される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、各相のステータ巻線に交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。一方、例えば駆動モータ２２の回生時には、駆動モータ２２から出力される３相交流電力を直流電力に変換して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に供給し、バッテリ１２の充電および第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に接続された負荷に対する給電などをおこなう。
なお、駆動モータ２２は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石式の３相交流同期モータとされており、駆動モータインバータ１５から供給される３相交流電力により駆動制御されると共に、車両の減速時において駆動輪側から駆動モータ２２側に駆動力が伝達されると、駆動モータ２２は発電機として機能して、いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。 The drive motor inverter 15 is driven by a pulse width modulated (PWM) signal (PWM signal) output from the control device 25 and input to the gate of each transistor of the bridge circuit 51, for example, when driving the drive motor 22. The DC power output from the power supply apparatus 10 is converted into three-phase AC power by switching the on (conductive) / off (cut-off) state of each transistor paired for each phase, and the three-phase stator winding By sequentially commutating the energization to each other, AC U-phase current Iu, V-phase current Iv and W-phase current Iw are energized in the stator windings of each phase. On the other hand, for example, at the time of regeneration of the drive motor 22, the three-phase AC power output from the drive motor 22 is converted into DC power and supplied to the first DC-DC converter 13, and charging of the battery 12 and the first DC-DC converter 13 are performed. Supply power to the connected load.
The drive motor 22 is, for example, a permanent magnet type three-phase AC synchronous motor that uses a permanent magnet as a field, and is driven and controlled by the three-phase AC power supplied from the drive motor inverter 15. When the driving force is transmitted from the driving wheel side to the driving motor 22 side during deceleration, the driving motor 22 functions as a generator, generates a so-called regenerative braking force, and recovers the kinetic energy of the vehicle body as electric energy. .

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、例えばチョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータであって、燃料電池車両に搭載される車両用補機の少なくとも一部（例えば、処理装置と、電磁バルブと、１２Ｖ系負荷となど）が負荷として接続されている。
第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続され、制御装置２５から出力される制御指令に応じたチョッピング動作により、第１ラインＬ１と第２ラインＬ２との間に印加される電圧を降圧して、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３に接続された負荷に供給する。 The second DC-DC converter 23 is, for example, a chopper type DC-DC converter, and is at least a part of a vehicle auxiliary machine mounted on the fuel cell vehicle (for example, a processing device, an electromagnetic valve, and a 12V system load). Etc.) as a load.
The second DC-DC converter 23 is connected to the first line L1 and the second line L2, and is connected between the first line L1 and the second line L2 by a chopping operation according to a control command output from the control device 25. Is stepped down and supplied to a load connected to the second DC-DC converter 23.

また、燃料電池車両に搭載される車両用補機の少なくとも一部をなす空調機器２４は、例えば燃料電池車両に搭載されるヒータと、コンプレッサー用のモータおよび駆動回路（例えば、インバータなど）となどを備えて構成されている。
空調機器２４は、第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続され、第１ラインＬ１および第２ラインＬ２から電力が供給される。 The air conditioner 24 that forms at least a part of the vehicular auxiliary machine mounted on the fuel cell vehicle includes, for example, a heater mounted on the fuel cell vehicle, a motor for a compressor, a drive circuit (for example, an inverter), and the like. It is configured with.
The air conditioner 24 is connected to the first line L1 and the second line L2, and power is supplied from the first line L1 and the second line L2.

制御装置２５は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御するデューティー制御をおこなうとともに、駆動モータインバータ１５の電力変換動作を制御する。
制御装置２５には、例えば、第１ラインＬ１と第３ラインＬ３とに接続されて地絡の発生を検知する地絡センサ２６と、燃料電池スタック１１の出力電流ＩＦＣを検出する出力電流センサ２７と、駆動モータインバータ１５と駆動モータ２２との間において３相の各相電流を検出する相電流センサ２８と、駆動モータ２２の回転子の回転角（つまり、所定の基準回転位置からの回転子の磁極の回転角度であって、駆動モータ２２の回転軸の回転位置）を検出する角度センサ２９との各センサから出力される検出信号が入力されている。 The control device 25 performs duty control for controlling the switching duty of the first DC-DC converter 13 and controls the power conversion operation of the drive motor inverter 15.
The control device 25 includes, for example, a ground fault sensor 26 that is connected to the first line L1 and the third line L3 and detects the occurrence of a ground fault, and an output current sensor 27 that detects the output current IFC of the fuel cell stack 11. A phase current sensor 28 that detects currents of the three phases between the drive motor inverter 15 and the drive motor 22, and a rotation angle of the rotor of the drive motor 22 (that is, a rotor from a predetermined reference rotation position). A detection signal output from each of the sensors with an angle sensor 29 that detects the rotation angle of the magnetic pole of the drive motor 22 and the rotation position of the rotation shaft of the drive motor 22 is input.

制御装置２５は、例えば、消費電力算出部６１と、目標電力配分設定部６２と、目標電流設定部６３と、デューティー制御部６４と、駆動モータ制御部６５とを備えて構成されている。   The control device 25 includes, for example, a power consumption calculation unit 61, a target power distribution setting unit 62, a target current setting unit 63, a duty control unit 64, and a drive motor control unit 65.

消費電力算出部６１は、電源装置１０から電力が供給される負荷（例えば、電源装置１０の外部の負荷である駆動モータ２２および空調機器２４および車両用補機など、および、電源装置１０の内部の負荷であるエアポンプインバータ１４など）の総消費電力を算出する。   The power consumption calculation unit 61 is a load to which power is supplied from the power supply device 10 (for example, a drive motor 22 and an air conditioner 24 that are loads external to the power supply device 10, a vehicular auxiliary machine, etc. The total power consumption of the air pump inverter 14, etc., which is the load of the

目標電力配分設定部６２は、例えば駆動モータ２２の駆動時においては、燃料電池スタック１１の状態（例えば、発電指令に応じた燃料電池スタック１１の状態変化の変化率など）と、バッテリ１２の残容量ＳＯＣとなどに基づき、電源装置１０の電池回路１０ａを形成する燃料電池スタック１１とバッテリ１２との電力配分、つまり消費電力算出部６１により算出された総消費電力を燃料電池スタック１１から出力される電力とバッテリ１２から出力される電力とを加算して得た値とする際の配分を設定する。
例えば駆動モータ２２の駆動時における電力配分は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティー（つまり、ＰＷＭ信号の１周期におけるハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨのオンの比率）に応じた値となり、スイッチングデューティー（ｄｕｔｙ）は燃料電池スタック１１の電圧（ＶＦＣ）とバッテリ１２の電圧（ＶＢ）とにより以下に示すように記述される。 For example, when the drive motor 22 is driven, the target power distribution setting unit 62 determines the state of the fuel cell stack 11 (for example, the rate of change in the state of the fuel cell stack 11 according to the power generation command) and the remaining battery 12. Based on the capacity SOC and the like, the power distribution between the fuel cell stack 11 and the battery 12 forming the battery circuit 10a of the power supply device 10, that is, the total power consumption calculated by the power consumption calculation unit 61 is output from the fuel cell stack 11. Distribution for setting the value obtained by adding the electric power to be output and the electric power output from the battery 12 is set.
For example, the power distribution at the time of driving the drive motor 22 is a value corresponding to the switching duty of the first DC-DC converter 13 (that is, the ON ratio of the transistors AH, BH, and CH of the high-side arm in one cycle of the PWM signal). The switching duty (duty) is described by the voltage (VFC) of the fuel cell stack 11 and the voltage (VB) of the battery 12 as shown below.

ｄｕｔｙ＝ＶＦＣ／（ＶＦＣ＋ＶＢ） duty = VFC / (VFC + VB)

これにより、以下に示すようにスイッチングデューティー（ｄｕｔｙ）によって燃料電池スタック１１の電圧（ＶＦＣ）とバッテリ１２の電圧（ＶＢ）との比が記述される。   Thereby, the ratio between the voltage (VFC) of the fuel cell stack 11 and the voltage (VB) of the battery 12 is described by the switching duty (duty) as shown below.

ＶＢ／ＶＦＣ＝（１−ｄｕｔｙ）／ｄｕｔｙ VB / VFC = (1-duty) / duty

燃料電池スタック１１の電圧（ＶＦＣ）とバッテリ１２の電圧（ＶＢ）とは、例えば図６および図７に示すように、それぞれ燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）および電力とバッテリ１２の電流（Ｉｂ）および電力と所定の対応関係を有することから、スイッチングデューティー（ｄｕｔｙ）により、燃料電池スタック１１の動作点（例えば、電圧または電流または電力）とバッテリ１２の動作点（例えば、電圧または電流または電力）との比が記述される。   The voltage (VFC) of the fuel cell stack 11 and the voltage (VB) of the battery 12 are, for example, as shown in FIGS. 6 and 7, the current (output current Ifc) and power of the fuel cell stack 11 and the current of the battery 12, respectively. (Ib) and power have a predetermined correspondence relationship, and therefore, the operating point (for example, voltage or current or power) of the fuel cell stack 11 and the operating point of the battery 12 (for example, voltage or current) are set according to the switching duty. Or the ratio of power).

また、目標電力配分設定部６２は、例えば駆動モータ２２の回生時においては、燃料電池スタック１１の状態（例えば、発電指令に応じた燃料電池スタック１１の状態変化の変化率など）と、バッテリ１２の残容量ＳＯＣと、駆動モータ２２の回生電力となどに基づき、燃料電池スタック１１と駆動モータインバータ１５との電力供給側の電力配分、および、バッテリ１２と負荷（例えば、空調機器２４および車両用補機およびエアポンプインバータ１４など）との電力受給側の電力配分を設定する。   Further, the target power distribution setting unit 62, for example, at the time of regeneration of the drive motor 22, the state of the fuel cell stack 11 (for example, the rate of change in the state of the fuel cell stack 11 according to the power generation command), the battery 12 and the like. Power distribution on the power supply side of the fuel cell stack 11 and the drive motor inverter 15, and the battery 12 and the load (for example, for the air conditioner 24 and the vehicle) based on the remaining capacity SOC of the motor and the regenerative power of the drive motor 22 Power distribution on the power receiving side with the auxiliary machine and the air pump inverter 14) is set.

目標電流設定部６３は、例えば駆動モータ２２の駆動時においては、スイッチングデューティー（ｄｕｔｙ）により、燃料電池スタック１１の動作点（例えば、電圧または電流または電力）とバッテリ１２の動作点（例えば、電圧または電流または電力）との比が記述されることから、燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点と第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーと負荷の総消費電力との対応関係を示す所定マップを参照して、燃料電池スタック１１の出力電流Ｉｆｃに対する目標電流を取得する。   For example, when the drive motor 22 is driven, the target current setting unit 63 determines the operating point (for example, voltage, current, or power) of the fuel cell stack 11 and the operating point (for example, voltage) of the fuel cell stack 11 according to the switching duty (duty). (Or current or electric power) ratio is described, the corresponding relationship among the operating point of the fuel cell stack 11, the operating point of the battery 12, the switching duty of the first DC-DC converter 13, and the total power consumption of the load is shown. With reference to the predetermined map, a target current for the output current Ifc of the fuel cell stack 11 is acquired.

この所定マップは、例えば図８に示すように、燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点とを直交座標とする２次元座標上において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーの複数の値毎に対して設定された燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点との対応関係（Ｄ（１），…，Ｄ（ｋ），…）と、負荷の総消費電力の複数の値毎に対して設定された燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点との対応関係（Ｐ（１），…，Ｐ（ｋ），…）とを備えている。
そして、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーの複数の値毎に対して設定された対応関係では、スイッチングデューティーに応じた比率で燃料電池スタック１１の動作点の増大に伴いバッテリ１２の動作点が増大傾向に変化するように設定されている。
また、負荷の総消費電力の複数の値毎に対して設定された燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点との対応関係では、燃料電池スタック１１の動作点に応じた電力とバッテリ１２の動作点に応じた電力との和が負荷の総消費電力と等しくなるような動作点の組み合わせが設定されている。 For example, as shown in FIG. 8, the predetermined map has a plurality of switching duties of the first DC-DC converter 13 on a two-dimensional coordinate having the operating point of the fuel cell stack 11 and the operating point of the battery 12 as orthogonal coordinates. A correspondence relationship (D (1),..., D (k),...) Between the operating point of the fuel cell stack 11 and the operating point of the battery 12 set for each value, and a plurality of total power consumption of the load A correspondence relationship (P (1),..., P (k),...) Between the operating point of the fuel cell stack 11 and the operating point of the battery 12 set for each value is provided.
In the correspondence relationship set for each of the plurality of values of the switching duty of the first DC-DC converter 13, the operating point of the battery 12 increases as the operating point of the fuel cell stack 11 increases at a ratio corresponding to the switching duty. It is set to change in an increasing trend.
Further, in the correspondence relationship between the operating point of the fuel cell stack 11 and the operating point of the battery 12 set for each of a plurality of values of the total power consumption of the load, the power and the battery corresponding to the operating point of the fuel cell stack 11 A combination of operating points is set such that the sum of the power corresponding to the 12 operating points is equal to the total power consumption of the load.

目標電流設定部６３は、燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点とを直交座標とする２次元座標上において、消費電力算出部６１により算出された負荷の総消費電力に応じた対応関係Ｐ（ｋ）と目標電力配分設定部６２により設定された電力配分に応じた第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーに応じた対応関係Ｄ（ｋ）との交点を燃料電池スタック１１およびバッテリ１２の動作点とし、この動作点に応じた燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）を目標電流として出力する。   The target current setting unit 63 corresponds to the total power consumption of the load calculated by the power consumption calculation unit 61 on a two-dimensional coordinate in which the operation point of the fuel cell stack 11 and the operation point of the battery 12 are orthogonal coordinates. The intersection of the relationship P (k) and the corresponding relationship D (k) corresponding to the switching duty of the first DC-DC converter 13 corresponding to the power distribution set by the target power distribution setting unit 62 is the fuel cell stack 11 and the battery 12. And the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 corresponding to this operating point is output as a target current.

また、目標電流設定部６３は、例えば駆動モータ２２の回生時においては、目標電力配分設定部６２により設定された電力配分に応じて、燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の目標電流として零あるいは正の値を出力する。   For example, when the drive motor 22 is regenerated, the target current setting unit 63 sets the target current of the fuel cell stack 11 (output current Ifc) according to the power distribution set by the target power distribution setting unit 62. Output zero or positive value.

デューティー制御部６４は、燃料電池スタック１１とバッテリ１２との実際の電力配分（実電力配分）が目標電力配分設定部６２により設定された電力配分（目標電力配分）に一致するようにして、例えば出力電流センサ２７から出力される燃料電池スタック１１の出力電流ＩＦＣの検出値が目標電流設定部６３から出力される燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の目標電流に一致するようにして、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御する。
デューティー制御部６４は、例えば、電流偏差算出部７１と、フィードバック処理部７２と、ＰＷＭ信号生成部７３とを備えて構成されている。 The duty control unit 64 is configured so that the actual power distribution (actual power distribution) between the fuel cell stack 11 and the battery 12 matches the power distribution (target power distribution) set by the target power distribution setting unit 62, for example. The detected value of the output current IFC of the fuel cell stack 11 output from the output current sensor 27 matches the target current of the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 output from the target current setting unit 63, The switching duty of the first DC-DC converter 13 is controlled.
The duty control unit 64 includes, for example, a current deviation calculation unit 71, a feedback processing unit 72, and a PWM signal generation unit 73.

電流偏差算出部７１は、出力電流センサ２７から出力される燃料電池スタック１１の出力電流ＩＦＣの検出値と、目標電流設定部６３から出力される燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の目標電流との電流偏差を算出して出力する。
フィードバック処理部７２は、例えばＰＩＤ（比例積分微分）動作により、電流偏差算出部７１から出力される電流偏差を制御増幅して電圧指令値を算出する。 The current deviation calculating unit 71 detects the output value IFC of the fuel cell stack 11 output from the output current sensor 27 and the target of the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 output from the target current setting unit 63. Calculate and output the current deviation from the current.
The feedback processing unit 72 calculates a voltage command value by controlling and amplifying the current deviation output from the current deviation calculating unit 71 by, for example, a PID (proportional integral derivative) operation.

ＰＷＭ信号生成部７３は、フィードバック処理部７２から出力される電圧指令値に応じた出力電流Ｉｆｃを燃料電池スタック１１から出力するために、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨおよびローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬをオン／オフ駆動させるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成して出力する。   The PWM signal generation unit 73 outputs the output current Ifc in accordance with the voltage command value output from the feedback processing unit 72 from the fuel cell stack 11, so that each transistor AH of the high side arm of the first DC-DC converter 13. A gate signal (that is, a PWM signal) for driving on / off the transistors AL, BL, and CL of the BH and CH and the low-side arm is generated and output.

駆動モータ制御部６５は、例えば駆動モータ２２の駆動時においては、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御（ベクトル制御）をおこなうものであり、運転者のアクセル操作および駆動モータ２２の回転数などに基づくトルク指令に応じた目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流を演算し、目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流に基づいて３相の各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じて駆動モータインバータ１５のブリッジ回路５１へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際にＦ駆動モータインバータ１５から駆動モータ２２に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流及びｑ軸電流と、目標ｄ軸電流及び目標ｑ軸電流との各偏差がゼロとなるように制御をおこなう。   For example, when the drive motor 22 is driven, the drive motor control unit 65 performs feedback control (vector control) of current on the dq coordinates forming the rotation orthogonal coordinates, and the driver's accelerator operation and the drive motor 22 are controlled. The target d-axis current and the target q-axis current are calculated according to the torque command based on the rotational speed and the like, and the three-phase output voltages Vu, Vv, Vw are calculated based on the target d-axis current and the target q-axis current. The PWM signal as the gate signal is input to the bridge circuit 51 of the drive motor inverter 15 according to the phase output voltages Vu, Vv, Vw, and each phase supplied to the drive motor 22 from the F drive motor inverter 15 is actually supplied. Each deviation between the d-axis current and the q-axis current obtained by converting the detected values of the currents Iu, Iv, and Iw onto the dq coordinate and the target d-axis current and the target q-axis current is zero. So as to perform control.

また、駆動モータ制御部６５は、例えば駆動モータ２２の回生時においては、角度センサ２９から出力される駆動モータ２２の回転子の回転角θｍの出力波形に基づいて同期がとられたパルスに応じて駆動モータインバータ１５のブリッジ回路５１の各トランジスタをオン／オフ駆動させ、駆動モータ制御部６５から出力される３相交流電力を直流電力に変換する。このとき、駆動モータ制御部６５は、ブリッジ回路５１の各トランジスタをオン／オフ駆動させるゲート信号のデューティーに応じた回生電圧のフィードバック制御をおこない、所定の電圧値を駆動モータインバータ１５の１次側つまり第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の２次側正極端子Ｐ２と２次側負極端子Ｎ２との間に出力する。   Further, the drive motor control unit 65 responds to a pulse synchronized based on the output waveform of the rotation angle θm of the rotor of the drive motor 22 output from the angle sensor 29, for example, during regeneration of the drive motor 22. Then, the transistors of the bridge circuit 51 of the drive motor inverter 15 are turned on / off to convert the three-phase AC power output from the drive motor control unit 65 into DC power. At this time, the drive motor control unit 65 performs feedback control of the regenerative voltage in accordance with the duty of the gate signal that drives each transistor of the bridge circuit 51 on / off, and sets the predetermined voltage value to the primary side of the drive motor inverter 15. That is, the signal is output between the secondary positive terminal P2 and the secondary negative terminal N2 of the first DC-DC converter 13.

つまり、制御装置２５は、例えば駆動モータ２２の駆動時においては、燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の検出値が目標電流と一致するようにしてフィードバック制御をおこなうことによって、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御することにより、例えば図９に示すように、電源装置１０の動作モードを連続的に制御する。   That is, for example, when the drive motor 22 is driven, the control device 25 performs the feedback control so that the detected value of the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 matches the target current, whereby the first DC− By controlling the switching duty of the DC converter 13, for example, as shown in FIG. 9, the operation mode of the power supply device 10 is continuously controlled.

例えば第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の昇圧比が２〜３程度の値となる状態で、スイッチングデューティーが最大となる電源装置１０の動作モードは、例えば図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、バッテリ１２の出力のみが駆動モータインバータ１５およびエアポンプインバータ１４に供給されるＥＶモードとなる。   For example, in the state where the step-up ratio of the first DC-DC converter 13 is a value of about 2 to 3, the operation mode of the power supply device 10 with the maximum switching duty is, for example, as shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B). Only the output of the battery 12 is in the EV mode supplied to the drive motor inverter 15 and the air pump inverter 14.

そして、ＥＶモードからスイッチングデューティーが低下傾向に変化することに伴い、電源装置１０の動作モードは、例えば図１１（Ａ），（Ｂ）〜図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、順次、バッテリ１２の出力が駆動モータインバータ１５およびエアポンプインバータ１４に供給されると共に燃料電池スタック１１の出力が駆動モータインバータ１５に供給されてバッテリ１２の電流（Ｉｂ）が燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）よりも大きくなる第１の（ＦＣ＋バッテリ）モードと、バッテリ１２の出力が駆動モータインバータ１５およびエアポンプインバータ１４に供給されると共に燃料電池スタック１１の出力が駆動モータインバータ１５に供給されてバッテリ１２の電流（Ｉｂ）が燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）とエアポンプインバータ１４に通電される電流（ＩＡＰ）との和に等しくなる第２の（ＦＣ＋バッテリ）モードと、バッテリ１２および燃料電池スタック１１の出力が駆動モータインバータ１５およびエアポンプインバータ１４に供給されてバッテリ１２の電流（Ｉｂ）が燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）よりも小さくなる第３の（ＦＣ＋バッテリ）モードとに推移する。
これに伴い、例えば図９に示すように、バッテリ１２の電流（Ｉｂ）が減少傾向に変化し、燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）及び目標電流（Ｉｆｃコマンド）は増大傾向に変化する。そして、駆動モータインバータ１５の１次側の入力電圧（ＶＰＩＮ）はほぼ一定に維持されつつ、バッテリ１２の電圧（ＶＢ）は増大傾向に変化し、燃料電池スタック１１の電圧（ＶＦＣ）は減少傾向に変化する。 As the switching duty changes from the EV mode to a decreasing tendency, the operation mode of the power supply device 10 is, for example, as shown in FIGS. 11 (A), (B) to 13 (A), (B). The output of the battery 12 is sequentially supplied to the drive motor inverter 15 and the air pump inverter 14 and the output of the fuel cell stack 11 is supplied to the drive motor inverter 15 so that the current (Ib) of the battery 12 is the current of the fuel cell stack 11 ( In the first (FC + battery) mode in which the output current Ifc) is greater, the output of the battery 12 is supplied to the drive motor inverter 15 and the air pump inverter 14, and the output of the fuel cell stack 11 is supplied to the drive motor inverter 15. The current (Ib) of the battery 12 Current (Ifc) and the second (FC + battery) mode equal to the sum of the current (IAP) energized to the air pump inverter 14 and the outputs of the battery 12 and the fuel cell stack 11 to the drive motor inverter 15 and the air pump inverter 14. When the current (Ib) of the battery 12 is supplied and the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 becomes smaller, the mode changes to the third (FC + battery) mode.
Accordingly, for example, as shown in FIG. 9, the current (Ib) of the battery 12 changes to a decreasing tendency, and the current (output current Ifc) and the target current (Ifc command) of the fuel cell stack 11 change to an increasing tendency. . Then, the primary input voltage (VPIN) of the drive motor inverter 15 is maintained substantially constant, the voltage (VB) of the battery 12 changes to increase, and the voltage (VFC) of the fuel cell stack 11 decreases. To change.

そして、第３の（ＦＣ＋バッテリ）モードからスイッチングデューティーが最小まで低下傾向に変化することに伴い、電源装置１０の動作モードは、例えば図１４（Ａ），（Ｂ）〜図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、順次、燃料電池スタック１１の出力のみが駆動モータインバータ１５およびエアポンプインバータ１４に供給される第１のＦＣモードと、燃料電池スタック１１の出力のみが駆動モータインバータ１５およびエアポンプインバータ１４およびバッテリ１２に供給されてバッテリ１２が充電される第２のＦＣモードとに推移する。
これに伴い、例えば図９に示すように、バッテリ１２の電流（Ｉｂ）が零から負の値へと減少傾向に変化し、燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）及び目標電流（Ｉｆｃコマンド）は増大傾向に変化する。そして、駆動モータインバータ１５の１次側の入力電圧（ＶＰＩＮ）はほぼ一定に維持されつつ、バッテリ１２の電圧（ＶＢ）は増大傾向に変化し、燃料電池スタック１１の電圧（ＶＦＣ）は減少傾向に変化する。 As the switching duty changes from the third (FC + battery) mode to the minimum, the operation mode of the power supply device 10 is, for example, FIG. 14 (A), (B) to FIG. 15 (A), As shown in (B), in order, only the output of the fuel cell stack 11 is supplied to the drive motor inverter 15 and the air pump inverter 14, and only the output of the fuel cell stack 11 is the drive motor inverter 15 and A transition is made to the second FC mode in which the battery 12 is charged by being supplied to the air pump inverter 14 and the battery 12.
Accordingly, as shown in FIG. 9, for example, the current (Ib) of the battery 12 changes from zero to a negative value, and the current (output current Ifc) and the target current (Ifc command) of the fuel cell stack 11 change. ) Changes to an increasing trend. Then, the primary input voltage (VPIN) of the drive motor inverter 15 is maintained substantially constant, the voltage (VB) of the battery 12 changes to increase, and the voltage (VFC) of the fuel cell stack 11 decreases. To change.

また、制御装置２５は、例えば駆動モータ２２の回生時においては、燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の検出値が目標電流（零あるいは正の値）と一致するようにしてフィードバック制御をおこなうとともに、回生電圧のフィードバック制御をおこなうことによって、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御する。
例えば燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の目標電流が零とされる電源装置１０の動作モードは、例えば図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動モータインバータ１５の回生電力によりバッテリ１２が充電される回生モードとなる。
また、例えば燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の目標電流が正の値とされる電源装置１０の動作モードは、例えば図１７（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動モータインバータ１５の回生電力および燃料電池スタック１１の出力がエアポンプインバータ１４およびバッテリ１２に供給されてバッテリ１２が充電される（回生＋ＦＣによるバッテリ充電）モードとなる。 For example, when the drive motor 22 is regenerating, the control device 25 performs feedback control so that the detected value of the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 matches the target current (zero or positive value). In addition, the switching duty of the first DC-DC converter 13 is controlled by performing feedback control of the regenerative voltage.
For example, the operation mode of the power supply apparatus 10 in which the target current of the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 is zero is, for example, as shown in FIGS. 16A and 16B, the regenerative power of the drive motor inverter 15. Thus, the regeneration mode in which the battery 12 is charged is set.
Further, for example, the operation mode of the power supply device 10 in which the target current of the current (output current Ifc) of the fuel cell stack 11 is set to a positive value is a drive motor inverter as shown in FIGS. The regenerative power of 15 and the output of the fuel cell stack 11 are supplied to the air pump inverter 14 and the battery 12, and the battery 12 is charged (battery charging by regeneration + FC).

なお、制御装置２５は、例えば、燃料電池車両の運転状態や、燃料電池スタック１１のアノードに供給される反応ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池スタック１１のアノードから排出される排出ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池スタック１１の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池スタック１１の電圧ＶＦＣや、燃料電池スタック１１の出力電流Ｉｆｃや、燃料電池スタック１１の内部温度などに基づき、燃料電池スタック１１に対する発電指令として、燃料電池スタック１１へ供給される反応ガスの圧力および流量に対する指令値を出力し、燃料電池スタック１１の発電状態を制御する。   For example, the control device 25 determines the operating state of the fuel cell vehicle, the concentration of hydrogen contained in the reaction gas supplied to the anode of the fuel cell stack 11, and the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack 11. The concentration of hydrogen contained, the power generation state of the fuel cell stack 11, for example, the voltage between terminals of each of the plurality of fuel cells, the voltage VFC of the fuel cell stack 11, the output current Ifc of the fuel cell stack 11, and the fuel cell stack 11, a command value for the pressure and flow rate of the reaction gas supplied to the fuel cell stack 11 is output as a power generation command for the fuel cell stack 11 based on the internal temperature of the fuel cell stack 11, and the power generation state of the fuel cell stack 11 is controlled.

また、制御装置２５は、燃料電池スタック１１の発電状態などに応じてコンタクタ１１ａのオン／オフを切り換え、燃料電池スタック１１と第２ラインＬ２および第３ラインＬ３との接続を制御する。
また、制御装置２５は、バッテリ１２の残容量ＳＯＣなどに応じてコンタクタ１２ａおよび電流制限回路１２ｂのオン／オフを切り換え、バッテリ１２と第１ラインＬ１および第２ラインＬ２との接続を制御する。 Further, the control device 25 switches on / off of the contactor 11a according to the power generation state of the fuel cell stack 11 and controls the connection between the fuel cell stack 11 and the second line L2 and the third line L3.
Further, the control device 25 switches on / off of the contactor 12a and the current limiting circuit 12b in accordance with the remaining capacity SOC of the battery 12, and controls the connection between the battery 12 and the first line L1 and the second line L2.

本発明の実施形態による電源装置１０および燃料電池車両の電源システム２０は上記構成を備えており、次に、電源装置１０および燃料電池車両の電源システム２０の動作、特に、燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の検出値が目標電流に一致するようにしてフィードバック制御をおこなうことによって、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御する動作について添付図面を参照しながら説明する。   The power supply device 10 and the fuel cell vehicle power supply system 20 according to the embodiment of the present invention have the above-described configuration. Next, the operation of the power supply device 10 and the fuel cell vehicle power supply system 20, particularly the current of the fuel cell stack 11. The operation of controlling the switching duty of the first DC-DC converter 13 by performing feedback control so that the detected value of (output current Ifc) matches the target current will be described with reference to the accompanying drawings.

先ず、例えば図１８に示すステップＳ０１においては、電源装置１０から電力が供給される負荷（例えば、駆動モータ２２および空調機器２４および車両用補機など）の総消費電力を算出する。
次に、ステップＳ０２においては、燃料電池スタック１１の状態（例えば、発電指令に応じた燃料電池スタック１１の状態変化の変化率など）と、バッテリ１２の残容量ＳＯＣとなどに基づき、電源装置１０の電池回路１０ａを形成する燃料電池スタック１１とバッテリ１２との電力配分、つまり負荷の総消費電力を燃料電池スタック１１から出力される電力とバッテリ１２から出力される電力とを加算して得た値とする際の配分を設定する。なお、この電力配分は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーに応じた値となる。 First, for example, in step S01 shown in FIG. 18, the total power consumption of a load (for example, the drive motor 22, the air conditioner 24, the vehicular auxiliary machine, etc.) supplied with power from the power supply device 10 is calculated.
Next, in step S02, the power supply apparatus 10 is based on the state of the fuel cell stack 11 (for example, the rate of change in the state of the fuel cell stack 11 according to the power generation command), the remaining capacity SOC of the battery 12, and the like. Power distribution between the fuel cell stack 11 and the battery 12 forming the battery circuit 10a of the battery, that is, the total power consumption of the load was obtained by adding the power output from the fuel cell stack 11 and the power output from the battery 12 Set the distribution when making the value. This power distribution is a value corresponding to the switching duty of the first DC-DC converter 13.

次に、ステップＳ０３においては、例えば駆動モータ２２の駆動時においては、燃料電池スタック１１の動作点とバッテリ１２の動作点と第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーと負荷の総消費電力との対応関係を示す所定マップを参照して、燃料電池スタック１１の出力電流Ｉｆｃに対する目標電流を取得する。   Next, in step S03, for example, when the drive motor 22 is driven, the correspondence between the operating point of the fuel cell stack 11, the operating point of the battery 12, the switching duty of the first DC-DC converter 13, and the total power consumption of the load. The target current for the output current Ifc of the fuel cell stack 11 is acquired with reference to a predetermined map indicating the relationship.

次に、ステップＳ０４においては、出力電流センサ２７から出力される燃料電池スタック１１の出力電流ＩＦＣの検出値を取得する。
次に、ステップＳ０５においては、出力電流センサ２７から出力される燃料電池スタック１１の出力電流ＩＦＣの検出値と目標電流との電流偏差を、例えばＰＩＤ（比例積分微分）動作などにより制御増幅して電圧指令値を算出する。 Next, in step S04, the detected value of the output current IFC of the fuel cell stack 11 output from the output current sensor 27 is acquired.
Next, in step S05, the current deviation between the detected value of the output current IFC of the fuel cell stack 11 output from the output current sensor 27 and the target current is controlled and amplified by, for example, a PID (proportional integral derivative) operation. Calculate the voltage command value.

次に、ステップＳ０６においては、電圧指令値に応じた出力電流Ｉｆｃを燃料電池スタック１１から出力するために、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨおよびローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬをオン／オフ駆動させるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。   Next, in step S06, in order to output the output current Ifc according to the voltage command value from the fuel cell stack 11, the transistors AH, BH, CH of the high side arm of the first DC-DC converter 13 and the low side arm of the low side arm are output. A gate signal (that is, a PWM signal) that drives each of the transistors AL, BL, and CL on / off is generated.

次に、ステップＳ０７においては、ＰＷＭ信号に応じて第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨおよびローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬをオン／オフ駆動し、リターンに進む。   Next, in step S07, the transistors AH, BH, CH of the high side arm and the transistors AL, BL, CL of the low side arm of the first DC-DC converter 13 are turned on / off according to the PWM signal, and the return Proceed to

上述したように、本発明の実施形態による電源装置１０によれば、燃料電池スタック１１とバッテリ１２とが直列に接続されてなる電池回路１０ａに対して単一の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３を備え、負荷の総消費電力に対する燃料電池スタック１１とバッテリ１２との実電力配分が目標電力配分に一致するようにして第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御することによって、燃料電池スタック１１とバッテリ１２との電力の応じた複数の動作モードを任意に切り換えることができ、例えば燃料電池スタック１１とバッテリ１２毎に個別にＤＣ−ＤＣコンバータを備える場合に比べて、構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化しつつ、適切な電力供給制御をおこなうことができる。   As described above, according to the power supply device 10 according to the embodiment of the present invention, the single first DC-DC converter 13 is provided for the battery circuit 10a in which the fuel cell stack 11 and the battery 12 are connected in series. By controlling the switching duty of the first DC-DC converter 13 so that the actual power distribution between the fuel cell stack 11 and the battery 12 with respect to the total power consumption of the load matches the target power distribution, the fuel cell stack 11 and the battery A plurality of operation modes can be arbitrarily switched according to the power with respect to 12, for example, compared with the case where a DC-DC converter is individually provided for each of the fuel cell stack 11 and the battery 12, and the cost required for the configuration is reduced. Appropriate power supply control can be performed while reducing the size.

さらに、本発明の実施形態による燃料電池車両の電源システム２０によれば、単一の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のみを備えることで電源装置１０の構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化することができることに加えて、燃料電池スタック１１とバッテリ１２とが直列に接続されることから、例えば燃料電池スタック１１とバッテリ１２とが並列に接続される場合に比べて、駆動モータインバータ１５の動作電圧を増大させ、かつ、電流を低下させることができ、駆動モータ２２および駆動モータインバータ１５のサイズを小型化することができると共に運転効率を向上させることができ、燃料電池車両の電源システム２０の構成に要する費用を削減すると共にサイズを小型化しつつ、適切な電力供給制御をおこなうことができる。
また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の異常時（例えば、開放故障時など）であっても、電池回路１０ａから駆動モータインバータ１５に電源を供給することができ、燃料電池車両を走行させることができる。 Furthermore, according to the power supply system 20 of the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention, by providing only the single first DC-DC converter 13, the cost required for the configuration of the power supply device 10 is reduced and the size is reduced. Since the fuel cell stack 11 and the battery 12 are connected in series, the operation of the drive motor inverter 15 can be performed as compared with the case where the fuel cell stack 11 and the battery 12 are connected in parallel. The voltage can be increased and the current can be reduced, the size of the drive motor 22 and the drive motor inverter 15 can be reduced, and the driving efficiency can be improved, and the power supply system 20 of the fuel cell vehicle can be improved. It is possible to perform appropriate power supply control while reducing the cost of configuration and reducing the size. That.
Further, even when the first DC-DC converter 13 is abnormal (for example, when an open failure occurs), power can be supplied from the battery circuit 10a to the drive motor inverter 15, and the fuel cell vehicle can be driven. .

なお、上述した実施の形態においては、燃料電池車両に搭載される車両用補機の少なくとも一部（例えば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３とは独立した空調機器２４など、および、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３に接続される負荷（処理装置と、電磁バルブと、１２Ｖ系負荷となど））は、直接あるいは第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２３を介して、第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続されるとしたが、これに限定されず、例えば図１９に示すように、第２ラインＬ２と第３ラインＬ３とに接続されてもよいし、例えば図２０に示すように、第１ラインＬ１と第３ラインＬ３とに接続されてもよい。   In the above-described embodiment, at least a part of the vehicular auxiliary equipment mounted on the fuel cell vehicle (for example, the air conditioner 24 independent of the second DC-DC converter 23, and the second DC-DC converter). A load (processing device, electromagnetic valve, 12V system load, etc.) connected to 23 is connected to the first line L1 and the second line L2 directly or via the second DC-DC converter 23. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 19, the second line L2 and the third line L3 may be connected. For example, as shown in FIG. It may be connected to 3 lines L3.

なお、上述した実施の形態においては、エアポンプ２１の駆動回路であるエアポンプインバータ１４は第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続されているとしたが、これに限定されず、燃料電池スタック１１に反応ガスを供給するポンプ（例えば、エアポンプ２１など）および冷媒を供給するポンプ（図示略）のうち少なくとも１つのポンプの駆動回路が第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続されてもよい。
また、燃料電池スタック１１に反応ガスを供給するポンプ（例えば、エアポンプ２１など）および冷媒を供給するポンプ（図示略）のうち少なくとも１つのポンプの駆動回路が、第２ラインＬ２と第３ラインＬ３に接続されてもよいし、第１ラインＬ２と第３ラインＬ３に接続されてもよい。 In the above-described embodiment, the air pump inverter 14 that is the drive circuit of the air pump 21 is connected to the first line L1 and the second line L2. However, the present invention is not limited to this, and the fuel cell stack 11 A driving circuit for at least one of a pump (for example, an air pump 21) and a pump (not shown) for supplying a refrigerant to the reaction gas may be connected to the first line L1 and the second line L2. .
In addition, a drive circuit for at least one of a pump (for example, an air pump 21) that supplies a reaction gas to the fuel cell stack 11 and a pump (not shown) that supplies a refrigerant includes a second line L2 and a third line L3. May be connected to the first line L2 and the third line L3.

なお、上述した実施の形態においては、バッテリ１２は第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続され、燃料電池スタック１１は第２ラインＬ２と第３ラインＬ３とに接続されるとしたが、これに限定されず、燃料電池スタック１１は第１ラインＬ１と第２ラインＬ２とに接続され、バッテリ１２は第２ラインＬ２と第３ラインＬ３とに接続されてもよい。   In the above-described embodiment, the battery 12 is connected to the first line L1 and the second line L2, and the fuel cell stack 11 is connected to the second line L2 and the third line L3. The fuel cell stack 11 may be connected to the first line L1 and the second line L2, and the battery 12 may be connected to the second line L2 and the third line L3.

なお、上述した実施の形態においては、制御装置２５は燃料電池スタック１１とバッテリ１２との実電力配分が目標電力配分に一致するようにして、例えば燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の検出値が目標電流に一致するようにしてフィードバック制御をおこなうことによって、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３のスイッチングデューティーを制御するとしたが、これに限定されず、例えば燃料電池スタック１１の電流（出力電流Ｉｆｃ）の代わりに、バッテリ１２の電流（Ｉｂ）が目標値に一致するようにしてフィードバック制御をおこなってもよい。また、電流の代わりに、燃料電池スタック１１の電圧（ＶＦＣ）またはバッテリ１２の電圧（ＶＢ）の検出値が目標値に一致するようにしてフィードバック制御をおこなってもよいし、燃料電池スタック１１とバッテリ１２との出力比が目標値に一致するようにしてスイッチングデューティーをフィードバック制御してもよい。   In the embodiment described above, the control device 25 sets the actual power distribution between the fuel cell stack 11 and the battery 12 to match the target power distribution, for example, the current of the fuel cell stack 11 (output current Ifc). The switching duty of the first DC-DC converter 13 is controlled by performing feedback control so that the detected value matches the target current. However, the present invention is not limited to this. For example, the current (output current Ifc) ), Feedback control may be performed such that the current (Ib) of the battery 12 matches the target value. Further, instead of the current, feedback control may be performed so that the detected value of the voltage (VFC) of the fuel cell stack 11 or the voltage (VB) of the battery 12 matches the target value. The switching duty may be feedback controlled so that the output ratio with the battery 12 matches the target value.

なお、上述した実施の形態においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオフかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオンの状態と、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオンかつローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオフの状態とを交互に切り換えるとしたが、これに限定されず、例えば駆動モータ２２の駆動時などにおける１次側から２次側への昇圧動作時には、ハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨがオフに維持された状態でローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬのオンとオフとを交互に切り換え、例えば駆動モータ２２の回生時などにおける２次側から１次側への回生動作時には、ローサイドアームの各トランジスタＡＬ，ＢＬ，ＣＬがオフに維持された状態でハイサイドアームの各トランジスタＡＨ，ＢＨ，ＣＨのオンとオフとを交互に切り換えてもよい。   In the above-described embodiment, the first DC-DC converter 13 is configured such that the high side arm transistors AH, BH, and CH are off and the low side arm transistors AL, BL, and CL are on, Although the transistors AH, BH, and CH of the arm are turned on and the transistors AL, BL, and CL of the low-side arm are alternately switched off, the present invention is not limited to this. For example, when the drive motor 22 is driven. During the step-up operation from the primary side to the secondary side, the transistors AH, BH, and CH of the high-side arm are kept off and the transistors AL, BL, and CL of the low-side arm are alternately turned on and off. When switching, for example, during regeneration of the drive motor 22 from the secondary side to the primary side, Each transistor AL of Doamu, BL, CL is the transistors AH of the high-side arm while being kept off, BH, may be switched alternately with CH on and off.

本発明の実施形態に係る電源装置の構成図である。It is a block diagram of the power supply device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の電源システムの構成図である。It is a block diagram of the power supply system of the fuel cell vehicle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の電源システムの構成図である。It is a block diagram of the power supply system of the fuel cell vehicle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る３相のチョークコイルの構成図である。It is a block diagram of the three-phase choke coil which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第１変形例に係る３相のチョークコイルの構成図である。It is a block diagram of the three-phase choke coil which concerns on the 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの動作点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the operating point of the fuel cell stack which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るバッテリの動作点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the operating point of the battery which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの動作点とバッテリの動作点と第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングデューティーと負荷の総消費電力との対応関係を示す所定マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the predetermined map which shows the correspondence of the operating point of the fuel cell stack which concerns on embodiment of this invention, the operating point of a battery, the switching duty of a 1st DC-DC converter, and the total power consumption of load. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングデューティーの変化に応じた電源装置の動作モードの変化と燃料電池スタックおよびバッテリの電流および電圧の変化の一例とを示す図である。FIG. 7 shows a change in the operation mode of the power supply device according to a change in the switching duty of the first DC-DC converter and an example of changes in the current and voltage of the fuel cell stack and the battery when the drive motor according to the embodiment of the present invention is driven. FIG. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における電源装置の動作モード（ＥＶモード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the electricity supply state in the operation mode (EV mode) of the power supply device at the time of the drive of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における電源装置の動作モード（第１の（ＦＣ＋バッテリ）モード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the energization state in the operation mode (1st (FC + battery) mode) of the power supply device at the time of the drive of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における電源装置の動作モード（第２の（ＦＣ＋バッテリ）モード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the energization state in the operation mode (2nd (FC + battery) mode) of the power supply device at the time of the drive of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における電源装置の動作モード（第３の（ＦＣ＋バッテリ）モード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the energization state in the operation mode (3rd (FC + battery) mode) of the power supply device at the time of the drive of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における電源装置の動作モード（第１のＦＣモード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the energization state in the operation mode (1st FC mode) of the power supply device at the time of the drive of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの駆動時における電源装置の動作モード（第２のＦＣモード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the electricity supply state in the operation mode (2nd FC mode) of the power supply device at the time of the drive of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの回生時における電源装置の動作モード（回生モード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the electricity supply state in the operation mode (regeneration mode) of the power supply device at the time of regeneration of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る駆動モータの回生時における電源装置の動作モード（（回生＋ＦＣによるバッテリ充電）モード）での通電状態を示す図である。It is a figure which shows the energization state in the operation mode ((battery charge by regeneration + FC) mode) at the time of regeneration of the drive motor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の電源システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the power supply system of the fuel cell vehicle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第２変形例に係る燃料電池車両の電源システムの構成図である。It is a block diagram of the power supply system of the fuel cell vehicle which concerns on the 2nd modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第３変形例に係る燃料電池車両の電源システムの構成図である。It is a block diagram of the power supply system of the fuel cell vehicle which concerns on the 3rd modification of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 電源装置
１０ａ 電池回路
１１ 燃料電池スタック
１２ バッテリ（蓄電装置）
１３ 第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）
１４ エアポンプインバータ
１５ 駆動モータインバータ
２０ 燃料電池車両の電源システム
２１ エアポンプ
２２ 駆動モータ（車両駆動用電動機）
２３ 第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４ 空調機器
２５ 制御装置
６１ 消費電力算出部（消費電力取得手段）
６２ 目標電力配分設定部（目標電力配分設定手段）
６３ 目標電流設定部（目標電流設定手段）
６４ デューティー制御部（デューティー制御手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply device 10a Battery circuit 11 Fuel cell stack 12 Battery (power storage device)
13 First DC-DC converter (DC-DC converter)
14 Air Pump Inverter 15 Drive Motor Inverter 20 Fuel Cell Vehicle Power Supply System 21 Air Pump 22 Drive Motor (Vehicle Drive Electric Motor)
23 2nd DC-DC converter 24 Air-conditioning equipment 25 Control apparatus 61 Power consumption calculation part (power consumption acquisition means)
62 Target power distribution setting unit (target power distribution setting means)
63 Target current setting section (target current setting means)
64 Duty control unit (Duty control means)

Claims (6)

電位の異なる第１ラインおよび第２ラインおよび第３ラインと、
燃料電池スタックと蓄電装置とが直列に接続されてなる電池回路と、
ＤＣ−ＤＣコンバータとを備え、
前記電池回路の両端は前記第１ラインと前記第３ラインとに接続され、
前記電池回路の前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との接続点は前記第２ラインに接続され、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの１次側は前記第２ラインと前記第３ラインとに接続され、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの２次側は前記第１ラインと前記第３ラインとに接続され、
前記第１ラインおよび前記第３ラインから負荷に電力を供給しており、
前記負荷の消費電力を取得する消費電力取得手段と、
前記消費電力に基づいて前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との目標電力配分を設定する目標電力配分設定手段と、
前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との実電力配分が前記目標電力配分に一致するようにして前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングデューティーを制御するデューティー制御手段と
を備えることを特徴とする電源装置。 A first line, a second line, and a third line having different potentials;
A battery circuit in which a fuel cell stack and a power storage device are connected in series;
A DC-DC converter,
Both ends of the battery circuit are connected to the first line and the third line,
A connection point between the fuel cell stack of the battery circuit and the power storage device is connected to the second line,
The primary side of the DC-DC converter is connected to the second line and the third line,
The secondary side of the DC-DC converter is connected to the first line and the third line,
Supplying power to the load from the first line and the third line;
Power consumption acquisition means for acquiring the power consumption of the load;
Target power distribution setting means for setting target power distribution between the fuel cell stack and the power storage device based on the power consumption;
A power supply apparatus comprising: duty control means for controlling a switching duty of the DC-DC converter so that an actual power distribution between the fuel cell stack and the power storage device matches the target power distribution. 前記消費電力取得手段は、前記電源装置の外部の負荷の外部負荷消費電力と前記電源装置の内部の負荷の内部負荷消費電力とを含む前記消費電力を取得することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。 The said power consumption acquisition means acquires the said power consumption including the external load power consumption of the load outside the said power supply device, and the internal load power consumption of the load inside the said power supply device. The power supply described. 前記目標電力配分に基づき前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の目標電流を設定する目標電流設定手段を備え、
前記デューティー制御手段は、前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の実電流が前記目標電流に一致するようにして前記スイッチングデューティーをフィードバック制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。 A target current setting means for setting a target current of the fuel cell stack or the power storage device based on the target power distribution,
3. The power supply according to claim 1, wherein the duty control unit feedback-controls the switching duty so that an actual current of the fuel cell stack or the power storage device matches the target current. 4. apparatus. 前記目標電力配分に基づき前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の目標電圧を設定する目標電圧設定手段を備え、
前記デューティー制御手段は、前記燃料電池スタックまたは前記蓄電装置の実電圧が前記目標電圧に一致するようにして前記スイッチングデューティーをフィードバック制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。 A target voltage setting means for setting a target voltage of the fuel cell stack or the power storage device based on the target power distribution;
3. The power supply according to claim 1, wherein the duty control unit feedback-controls the switching duty so that an actual voltage of the fuel cell stack or the power storage device matches the target voltage. 4. apparatus. 前記目標電力配分設定手段は前記目標電力配分として前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との目標出力比を設定しており、
前記デューティー制御手段は、前記燃料電池スタックと前記蓄電装置との実出力比が前記目標出力比に一致するようにして前記スイッチングデューティーをフィードバック制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。 The target power distribution setting means sets a target output ratio between the fuel cell stack and the power storage device as the target power distribution,
The duty control means feedback-controls the switching duty so that an actual output ratio between the fuel cell stack and the power storage device matches the target output ratio. The power supply described. 請求項１から請求項５の何れか１つに記載の電源装置と、
前記電源装置から電力が供給される車両駆動用電動機と
を備えることを特徴とする燃料電池車両の電源システム。 The power supply device according to any one of claims 1 to 5,
A power supply system for a fuel cell vehicle, comprising: a vehicle drive motor to which electric power is supplied from the power supply device.
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